Все новости

Облучение мощным лазером превратило графен в компактный ускоритель ионов

Графеновая мишень успешно ускоряла частицы и не разрушалась при этом

ТАСС, 16 февраля. Японские физики выяснили, что если облучить графеновый лист лазером высокой мощности, он превратится в компактный и мощный ускоритель ионов и протонов, не требующий дополнительных компонентов для работы. Результаты исследования опубликовал научный журнал Scientific Reports.

"Этот подход можно использовать для создания компактных ускорителей ионов, пригодных для радиотерапии рака, исследований в области термоядерной энергетики и физики высоких энергий, а также для проведения астрофизических экспериментов. В дополнение к этому, графен можно будет использовать для разгона частиц других материалов", – рассказал один из разработчиков, профессор Университета Осаки Ясухиро Курамицу.

Графен – это разновидность углерода, которая представляет собой материал толщиной в один атом. Химические связи, которые соединяют атомы графена, по структуре напоминают пчелиные соты. За получение и изучение первых образцов графена вручили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

В ходе опытов по облучению однослойных пластинок графена лазером J-KAREN Курамицу и его коллеги нашли новое применение этому материалу. Этот лазер может вырабатывать очень короткие, но яркие пучки лазерного излучения мощностью более петаватта.

Физиков интересовало, будут ли в результате взаимодействия между графеном и частицами света возникать достаточно мощные электрические поля, которые способны отрывать часть атомов от листа графена и разгонять их до околосветовых скоростей. Ранее ученые уже пытались создавать подобные ускорители частиц на основе других материалов, однако во всех случаях "мишень" для лазера разрушалась слишком быстро для значительного разгона ее частиц.

Курамицу и его коллеги предположили, что эту проблему можно решить, если использовать мишень из сверхчистого однослойного графена. Преимущества этого материала – высокая прочность и почти полная прозрачность для всех форм электромагнитных волн. Руководствуясь этим предположением, физики проследили за взаимодействием лазерных лучей разной мощности с мишенями из графена.

В результате графеновая мишень вырабатывала множество протонов и ионов углерода с высокой энергией и не разрушалась при этом. Также ученые обнаружили, что ионы вырабатывались как при большой, так и при относительно низкой мощности лазерных вспышек.

"Нам удалось показать, что ионы ускоряются, даже если лазер работает в маломощном нерелятивистском режиме. Выработка ионов в таких условиях позволяет нам использовать более компактные и доступные установки для разгона ионов, что открывает новые возможности для применения ускорителей частиц", – подытожил Курамицу.

Теги